Триггеры с любым числом устойчивых состояний

Модель пятеричного RS1S2S3S4-триггера в логическом симуляторе Atanua^[23]

Триггер с любым числом устойчивых состояний N строится из N логических элементов (N-1)ИЛИ-НЕ или (N-1)И-НЕ путём соединения выхода каждого элемента (Q0, Q1, …, Q(N-1)) с соответствующими входами всех других элементов. То есть наименьшее число логических элементов для построения N-ичного триггера равно N.

Триггеры на элементах (N-1)ИЛИ-НЕ работают в прямом одноединичном коде (на выходе Q одного из элементов — «1», на выходах Q других элементов — «0»).

Триггеры на элементах (N-1)И-НЕ работают в инверсном однонулевом коде (на выходе Q одного из элементов — «0», на выходах Q других элементов — «1»).

Эти триггеры работают как ячейки статической сверхоперативной памяти (SRAM) с управлением через N транзисторов доступа (на схеме не показаны).

При добавлении в логических элементах по одному входу и схем управления переключением эти триггеры могут работать как N-ичные аналоги двоичного RS-триггера.

В непозиционных системах счисления:
удельные затраты инверторов от числа состояний триггера не зависят: y = x 1 x 2 = 1 {\displaystyle y={\frac {x_{1}}{x_{2}}}=1}, где x 1 {\displaystyle x_{1}} — число инверторов, x 2 {\displaystyle x_{2}} — число состояний триггера.
Удельные затраты диодов в логических частях логических элементов от числа состояний триггера имеют линейную зависимость: y = (x 2 − 1) ⋅ x 1 x 2 = x − 1 {\displaystyle y=(x_{2}-1)\cdot {\frac {x_{1}}{x_{2}}}=x-1}, где x 1 {\displaystyle x_{1}} — число инверторов, x 2 {\displaystyle x_{2}} — число состояний триггера, (x 2 − 1) {\displaystyle (x_{2}-1)} — число диодов в логической части одного логического элемента. По этому параметру выгоднее двоичные триггеры.

Снимок модели пятеричного RS1S2S3S4-триггера Larry K. Baxter’а в логическом симуляторе Atanua

В приведённом выше подходе построения триггеров с любым числом устойчивых состояний при увеличении числа устойчивых состояний — n, увеличивается число входов в логических элементах в каждой элементарной ячейке триггера. Larry K. Baxter, Lexington, Mass. Assignee: Shintron Company, Inc., Cambridge, Mass. US Patent 3,764,919 Oct. 9, 1973 Filed: Dec. 22, 1972 Fig.3 предлагает другой подход к построению триггеров с любым числом устойчивых состояний, при котором число логических элементов и число входов в логических элементах в каждой элементарной ячейке триггера остаётся постоянным, но при этом увеличивается время переключения триггера пропорционально числу разрядов триггера.

Физические реализации триггеров

Триггеры с тиристорами

Тиристор подходит для замены элемента памяти в триггерах.

Описание схемы на примере RS триггера: К катоду тиристора подключается выход триггера Q, к управляющему электроду подключается вход S, к аноду подключается постоянное напряжение через полевой транзистор с изолированным затвором, к затвору полевого транзистора подключается вход R.

Описание работы: Начальное состояние на выходе Q ноль: тиристор находится в замкнутом состоянии, ток на выходе соответствует нулю. Переход в состояние единица: на вход S подаётся напряжение равно логической единице тиристор разблокируется и напряжение на выходе Q повышается соответственно логической единице, при последующем понижении напряжения на входе S тиристор сохраняет низкое сопротивление и напряжение на выходе Q остаётся равным логической единице. Переход от логической единицы к нулю: на вход R подаётся напряжение равное логической единице полевой транзистор переходит в замкнутое состояние, напряжение на аноде тиристора падает, вследствие чего сопротивление тиристора возрастает и он переходит в состояние низкого выходного напряжения соответствующего логическому нулю, это состояние сохраняется при повышении входного напряжения на аноде тиристора.

Тиристор можно заменить на два биполярных транзистора (смотря какая реализация будет удобнее).

Как итог мы получаем RS триггер на трёх транзисторах.